KR101684144B1 - 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기 및 그 제어방법 - Google Patents

무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자유압작동부를 통해 무단변속기의 변속비를 제어하여 어떠한 조건 아래에서도 발전기 속도를 정격으로 유지함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 발전기와 연결된 무단변속기의 변속비를 제어함으로써 어떠한 기상 조건에서도 발전기의 출력 속도를 정격으로 유지할 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기 및 그 제어방법 {HIGH EFFICIENCY WAVE ENERGY CONVERTER USING CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 무단변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)를 이용한 고효율 파력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자유압작동부(EHA, Electro Hydraulic Actuator)를 통해 무단변속기 작동을 제어함으로써 파력발전기의 에너지 효율을 높일 수 있는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기에 관한 것이다.
현재에는 자원 고갈을 유발하지 않고 안전하며, 환경오염이 적은 발전 방법이 요구되고 있으며, 이에 파도의 고저 차이를 이용하여 전력을 생산하는 '파력 발전'에 관하여 연구가 진행되고 있다.
파력 발전기는 파도에 의한 해수면의 주기적 상하 운동과 물 입자의 전후 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동 또는 축 방향 운동으로 변환시킨 후, 전기에너지로 변환시키는 장치이다. 파력 발전 방식에는 파도의 고저에 따른 에너지를 다른 에너지 형태로 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다.
구체적으로, 파력 발전기는 파랑 에너지 흡수방식에 따라 진동수주형과 우러파형 및 가동물체형으로 구분된다.
진동수주형 파력 발전은 워터 칼럼(water column) 내부로 유입된 크고 작은 물결 에너지에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부 공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입시켜 입사파가 장치의 전면에서 반사되면 중복파가 형성되도록 하여, 상기 중복파의 형성 시 수면의 상부 노즐부에 공기의 흐름이 발생하는 원리를 이용해 유도관 내에 설치된 터빈을 공기로 회전시켜 전기를 생산하는 방식이다.
월파형 파력 발전은 크고 작은 물결의 진행방향 전면에 사면(swash plate) 벽을 두고 운동에너지에 의해 크고 작은 물결이 사면 벽을 넘어서게 됨으로써 발생하는 수위 차를 이용하여 저수지의 하부로 저장된 해수를 배출시켜서 통로 하부의 수차터빈이 발전하도록 하는 방식이다.
가동물체형 파력 발전은 수면에 떠 있는 부유체가 파도의 고저에 의하여 상하 또는 회전운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 방식이다. 가동물체형은 다른 파력 발전방식에 비해 효율이 높은 것으로 평가되고 있다. 따라서 부유식으로 에너지를 흡수하는 가동물체형 파력 발전기는 파랑의 파고 및 주기, 파도의 방향에 의해 파력 발전기의 출력운전에 지대한 영향을 미치게 되며, 이러한 요소들을 어떻게 적절히 이용하느냐에 따라 파력 발전기의 효율성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
상기한 가동물체형 파력 발전에 있어서, 현재 활발하게 연구가 진행되고 있으나, 일반적인 가동물체형 파력 발전기는 모터 제어 및 에너지 변환 과정에서 발전 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
미국공개특허 제 20110084488호 (2011. 4. 14. 공개)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 전자유압작동부를 통해 무단변속기의 변속비를 제어하여 어떠한 조건 아래에서도 발전기 속도를 정격으로 유지함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기는 전기 에너지를 생산하는 발전기; 상기 발전기에 일정한 회전속도를 제공하는 무단변속기; 및 상기 무단변속기를 제어하는 전자유압작동부;를 포함한다.
상기 무단변속기는, 외부로부터 회전력을 전달받는 제 1샤프트; 상기 제 1샤프트의 일단에 장착되어 상기 제 1 샤프트를 중심축으로 하여 회전 가능한 제 1드라이빙 원추형 풀리(pulley); 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 연결되어 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 동일한 방향으로 회전하는 제 2드라이빙 원추형 풀리; 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리를 감싼 채로 연결하고 있는 벨트; 및 일단이 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리의 중심에 장착되고, 타단은 상기 발전기에 장착된 제 2샤프트; 를 포함한다.
상기 무단변속기는, 상기 제 1샤프트가 전달받은 상기 회전력을 상기 벨트를 이용하여 상기 제 1 드라이빙 원추형 풀리에서 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리로 전달하고, 이어서 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리의 중심에 장착된 상기 제 2샤프트를 통해 상기 발전기로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자유압작동부는, 상기 무단 변속기의 변속비를 제어하는 유압 실린더; 상기 유압 실린더에 유체를 공급하는 유압펌프; 유압펌프를 구동시키는 모터(motor); 및 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무단 변속기의 변속비는, 상기 유압 실린더가 상기 유압으로 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동 가능한 이동 디스크와 위치가 고정된 고정디스크의 간격을 조절하여 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 직경을 변화시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 무단변속기를 이용하여 발전기 속도를 제어함에 있어서, (a) 발전기의 출력 속도를 수집하는 단계; (b) 상기 발전기의 출력 속도를 미리 설정된 제1, 제 2 설정값과 비교하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 결과에 따라서 유압 실린더를 구동시키는 단계; (d) 상기 유압 실린더의 움직임에 따라 드라이빙 원추형 풀리의 이동 가능한 이동 디스크와 위치가 고정된 고정디스크의 간격을 조절하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계의 결과에 따라서 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경을 변화시키어 상기 발전기의 출력 속도가 상기 설정값들 사이에서 유지하도록 하는 단계;를 포함하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법을 제공한다.
상기 출력 속도가 제 1 설정값보다 작으면 상기 유압 실린더는 확장하고, 상기 출력속도가 제 2 설정값보다 크면 상기 유압 실린더는 수축하는 것을 특징으로 한다.
상기 유압 실린더는, 제어부로부터 제어신호를 수신한 모터가 유압펌프를 구동시키면, 상기 유압펌프에 의한 유체의 공급 및 배출을 통해 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 유압 실린더가 확장하면, 상기 유압 실린더의 피스톤이 상기 이동디스크를 상기 고정디스크로 밀어내면서 상기 이동디스크와 상기 고정디스크의 간격이 좁아짐에 따라 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경이 증가하고, 상기 유압 실린더가 수축하면, 상기 유압 실린더의 피스톤이 상기 이동디스크를 당기면서 상기 이동디스크와 상기 고정디스크의 간격이 넓어짐에 따라 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경이 감소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 전자유압작동부를 통해 무단변속기의 변속비를 제어함으로써 어떠한 조건에서도 발전기의 구동 속도를 정격으로 유지할 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요소를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 무단변속기와 전자유압작동부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 무단변속기의 드라이빙 원추형 풀리(pulley)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 무단 변속기를 이용한 파력발전기는 부유체(1), 기어박스(3), 플라이휠(4), 무단 변속기(5), 전자유압작동부(6) 및 발전기(7)를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 파력발전기에 있어서, 주 지지대(10)는 해수면 아래 바닥에 고정된 채로 존재한다. 플랫폼(9)은 강한 파력(wave power)에도 불구하고 파력발전기 상태가 온전히 유지될 수 있도록 주 지지대(10) 위에 고정된다.
부유체(1)가 파도의 움직임에 따라서 상하 혹은 좌우로 움직이게 되면, 상기 부유체(1)의 운동이 리니어 추진 샤프트(linear thrust shaft, 2)로 전달되고, 리니어 추진 샤프트(2)에 장착된 래크(rack)와 피니언(pinion)이 서로 맞물리면서 피니언의 회전운동으로 변환된다. 래크를 중심으로 좌우에 2개의 피니언이 설치될 수 있고, 상기 피니언의 양 방향 회전운동은 기어박스(3)를 통해 플라이휠(4)의 단방향 회전운동으로 변환될 수 있다. 상기 기어박스(3)의 구조는 본 발명의 이해에 중요한 사항은 아니며, 양방향 회전운동을 단방향 회전운동으로 변환하는 그 어떤 기어 구성이라도 가능하다고 할 것이다.
단방향 회전운동을 하게 된 상기 플라이휠(4)은 상기 기어박스(3)로부터 전달 받은 회전력으로 상기 무단 변속기(5)를 회전시킨다. 그리하여 상기 무단 변속기(5)에 연결된 발전기(7)를 구동시키게 되는데, 이 때 전자유압작동부(6)에 의하여 무단 변속기(5)를 제어함으로써 발전기의 출력속도를 일정 범위 내 정격 속도(rating velocity)로 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 주요부를 구성하는 무단변속기와 전자유압작동부 및 그 작동 원리를 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 무단변속기와 전자유압작동부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 무단변속기(5)는 제 1샤프트(21), 제 1드라이빙 원추형 풀리(pulley), 제 2드라이빙 원추형 풀리, 벨트(23) 및 제 2샤프트(37)를 포함할 수 있다.
제 1샤프트(21)는 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 가운데에 중심축으로 장착될 수 있다. 상기 제 1샤프트(21)는 상기 플라이휠(4)로부터 회전력을 전달받고, 상기 회전력으로 제 1드라이빙 원추형 풀리를 회전시킨다. 제 1드라이빙 원추형 풀리가 회전하면 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 연결된 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리도 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 동일한 방향으로 회전한다. 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리는 벨트(23)로 연결될 수 있다. 상기 벨트(23)는 상기 제 1드라이브 원추형 풀리와 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리를 감싸고 있으며, 장력을 통해 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 회전력을 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리로 전달한다. 제 2샤프트(37)는, 일단은 상기 제2드라이빙 원추형 풀리의 가운데에 중심축으로 장착되고, 타단은 상기 발전기(7)와 연결되어 상기 발전기(7)에 회전력을 전달한다.
한편, 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리는 이동 디스크(24) 및 고정 디스크(22)를 포함할 수 있다. 이하에서는 도 3을 참조하여 무단변속기의 드라이빙 원추형 풀리의 구조에 대하여 보다 상세하게 설명할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 무단변속기의 드라이빙 원추형 풀리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a에서 도시한 바와 같이, 무단변속기는 제 1드라이빙 원추형 풀리와 제 2드라이빙 원추형 풀리를 포함하며, 벨트(23)를 통해 연결되어 있다. 각 드라이빙 원추형 풀리의 중심점으로부터 상기 벨트(23)가 해당 드라이빙 원추형 풀리에 걸려있는 지점까지의 거리를 각각 제 1드라이빙 원추형 풀리의 반경
Figure 112015066291284-pat00001
, 제 2드라이빙 원추형 풀리의 반경
Figure 112015066291284-pat00002
이라고 한다.
도 3b에서 도시한 바와 같이, 상기 고정 디스크(22)는 원추형태를 이루고, 상기 고정 디스크(22)의 중심에는 홈이 형성되어 있다. 상기 고정 디스크(22)는 상기 제 1샤프트(21)와 직접적으로 연결되는 곳에 설치되어 고정된다. 상기 이동 디스크(24) 또한 원추형태를 이루고 있으며, 상기 이동 디스크(24)의 중심에는 제 1샤프트(21)가 장착되어 있으며 상기 제 1샤프트(21)는 상기 고정 디스크(22)의 홈을 관통한다. 그리하여 상기 이동 디스크(24)는 외부의 힘에 의하여 이동이 가능하고, 그에 따라서 고정 디스크(22)와의 간격이 조절될 수 있다.
한편, 전자유압작동부(6)는, 유압실린더(28), 유압펌프(34), 모터(32) 및 제어부(38)를 포함할 수 있다.
제어부(38)는 상기 플라이휠(4)로부터 입력속도 정보를 수신하고. 상기 발전기(7)로부터 출력속도 정보를 수신한다. 상기한 정보를 토대로 상기 모터(32)로 제어신호를 송신하여 모터(32)를 구동시키면 상기 유압펌프(34)가 작동하게 된다. 상기 유압펌프(34)는 상기 유압실린더(28)로 유체를 공급하거나, 상기 유압실린더(28)로부터 상기 유체를 배출시킬 수 있다. 상기 유압실린더(28)는 상기 유압펌프(34)를 통해 공급받은 유체를 통해 실린더 내부에 높은 압력을 형성할 수 있고, 상기 유압펌프(34)에 의하여 유체가 배출되면 실린더 내부에 낮은 압력을 형성할 수도 있다. 이를 통해 무단 변속기(5)의 변속비가 제어될 수 있다.
즉, 유압펌프(34)에 의하여 유압 실린더(28)가 유체를 공급받으면 상기 유압 실린더(28) 내에서는 높은 압력이 발생하고, 상기 유압실린더(28)는 확장한다. 그에 따라서 상기 유압실린더(28)의 피스톤은 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)를 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 고정 디스크(22) 쪽으로 밀착시킨다. 상기 유압펌프(34)에 의하여 유체가 배출되면, 상기 유압 실린더(28) 내의 압력은 낮아지고, 상기 유압실린더(28)는 수축된다. 그에 따라서 상기 유압실린더(28)의 피스톤은 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)를 끌어당기게 되고, 상기 이동디스크(24)와 고정 디스크(22)와의 간격은 멀어지게 된다.
상기한 대로, 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)와 고정디스크(22)의 간격이 조절됨에 따라 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리에서 벨트(23)가 감싸고 있는 부위의 반경은 변하게 된다. 결과적으로 무단변속기(5)의 변속비가 변하게 되므로, 유압 실린더(28)를 통한 무단변속기(5)의 변속비 제어가 가능해진다고 할 것이다.
이하에서는 전자유압작동부(6)에 의해 무단변속기(5)의 변속비가 제어되는 원리에 대하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
발전기(7)의 출력속도는, 본 발명에 따른 파력발전기의 파워 테이크 오프 시스템(power take off system)의 세부사항과 상기 파력발전기가 설치되어 있는 해수면의 기상상태에 따른 파도 조건(wave condition)에 따라서 선택될 수 있다.
상기 각 드라이빙 원추형 풀리들을 감싸고 있는 벨트(23)의 길이는 작동 반경의 함수(function of the running radii)로 나타낼 수 있고, 하기의 수학식 1로 계산이 가능하다.
Figure 112015066291284-pat00003
상기 수학식 1에서
Figure 112015066291284-pat00004
,
Figure 112015066291284-pat00005
는 각각 제 1드라이빙 원추형 풀리와 제 2드라이빙 원추형 풀리의 작동 반경을 의미한다. 그리고
Figure 112015066291284-pat00006
는 제 1드라이빙 원추형 풀리의 랩각(wrapped angle)의 증가분의 절반값(half in the increase in the wrapped angle)을 나타낸다.
상기 수학식 1의 조합은
Figure 112015066291284-pat00007
와
Figure 112015066291284-pat00008
의 관계를 나타내는 하기의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112015066291284-pat00009
명백하게 나타나는 루프(loop)를 제거하기 위하여
Figure 112015066291284-pat00010
로 표현된 미분(derivative)을 이용할 수 있다.
축 주위에 있는 드라이빙 원추형 풀리(axial driving conical pulley)의 위치는 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015066291284-pat00011
상기 수학식 3에서
Figure 112015066291284-pat00012
,
Figure 112015066291284-pat00013
는 각각 제 1드라이빙 원추형 풀리와 제 2드라이빙 원추형 풀리의 작동 반경의 최소값을 나타낸다. 그리고
Figure 112015066291284-pat00014
,
Figure 112015066291284-pat00015
는 각각 제 1드라이빙 원추형 풀리와 제 2드라이빙 원추형 풀리의 위치를 의미한다.
Figure 112015066291284-pat00016
는 상기 드라이빙 원추형 풀리의 부분각(wedge angle)이다.
한편, 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리 및 제 2드라이빙 원추형 풀리의 각속도에 관계된 수학식은 하기의 수학식 4와 같다.
Figure 112015066291284-pat00017
상기 수학식 2와 상기 수학식 3을 조합하면, 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 위치는 하기의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015066291284-pat00018
그리고 상기 수학식 1, 3 을 상기 수학식 4로 대체하면, 상기 제 1, 2드라이빙 원추형 풀리의 각속도비를 하기의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015066291284-pat00019
상기의 수학식 6에 의하면, 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)의 위치를 조절하여 제 2드라이빙 원추형 풀리의 각속도
Figure 112015066291284-pat00020
를 원하는 값으로 조절할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 전자유압작동부(6)와 무단변속기(5)를 이용하여 발전기(7)가 일정한 속도범위 내에서 구동되도록 출력속도를 제어하는 방법에 대하여 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 무단변속기(5)를 이용하여 발전기(7)의 출력속도를 제어함에 있어서, 첫째, 발전기(7)와 연결된 속도센서(36)를 통해 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00021
를 측정하고 이를 제어부(38)로 송신한다(s100). 상기 제어부(38)에서는 측정된 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00022
를 제 1 설정값
Figure 112015066291284-pat00023
및 제 2 설정값
Figure 112015066291284-pat00024
와 비교한다(s110). 여기서
Figure 112015066291284-pat00025
의 크기는
Figure 112015066291284-pat00026
보다 크다고 할 것이며, 상기 제 1설정값
Figure 112015066291284-pat00027
및 제 2설정값
Figure 112015066291284-pat00028
은 상기 발전기(7)의 세부적인 성능에 따라서 사용자로부터 달리 설정될 수 있는, 상기 발전기(7)의 정격속도의 범위를 한정하는 값이다. 그리하여
Figure 112015066291284-pat00029
≤
Figure 112015066291284-pat00030
≤
Figure 112015066291284-pat00031
이 되도록 하는 것이 본 발명에 따른 무단 변속기를 이용한 고효율 파력발전기가 이루고자 하는 목적이다.
만약 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00032
가 제 1설정값
Figure 112015066291284-pat00033
보다 작으면 상기 유압 실린더(28)에 유체가 공급되어 상기 유압 실린더(28)의 내부 압력은 높아지고 상기 유압 실린더(28)는 확장한다(s120). 상기 유압 실린더(28)가 확장하면, 상기 유압 실린더(28)의 피스톤은 드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)를 고정디스크(22) 쪽으로 밀착시킨다. 그리하여 상기 이동디스크(24)와 고정디스크(22)의 간격이 감소하게 되고(s130), 상기 드라이빙 원추형 풀리의 벨트(23)가 해당 드라이빙 원추형 풀리에 걸려있는 지점이 상기 드라이빙 원추형 풀리의 중심점으로부터 멀어지게 되므로 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경은 증가하게 된다(s140).
만약 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00034
가 제 2설정값
Figure 112015066291284-pat00035
보다 크면, 상기 유압 실린더(28)로부터 유체가 배출되어 상기 유압 실린더(28)의 내부 압력은 낮아지고 상기 유압 실린더(28)는 수축한다(s150). 상기 유압 실린더(28)가 수축하면, 상기 유압 실린더(28)의 피스톤은 드라이빙 원추형 풀리의 이동디스크(24)를 끌어 당기게 된다. 그리하여 상기 이동디스크(24)와 고정디스크(22)의 간격은 증가하게 되고(s160), 상기 드라이빙 원추형 풀리의 벨트(23)가 해당 드라이빙 원추형 풀리에 걸려있는 지점이 상기 드라이빙 원추형 풀리의 중심점과 가까워지게 되므로 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경이 감소하게 된다(s170).
상기한 과정을 통하여 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00036
가 처음 목적한 바 대로
Figure 112015066291284-pat00037
보다 크거나 같고,
Figure 112015066291284-pat00038
보다 작거나 같도록 제어된다(s180). 다만, 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00039
가 상기한 범위 내에 있지 않은 경우에는, 다시 상기 발전기(7)의 출력속도
Figure 112015066291284-pat00040
를 제 1 설정값
Figure 112015066291284-pat00041
및 제 2설정값
Figure 112015066291284-pat00042
과 비교하여 유압실린더(28)를 움직이는 과정을 반복하도록 한다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
1: 부유체 6: 전자유압작동부
2: 리니어 추진 샤프트 7: 발전기
3: 기어박스 9: 플랫폼
4: 플라이휠 10: 주 지지대
5: 무단변속기

Claims (9)

  1. 전기 에너지를 생산하는 발전기;
    상기 발전기에 일정한 회전속도를 제공하는 무단변속기; 및
    상기 발전기의 출력 속도를 측정하는 속도센서;
    상기 무단변속기를 제어하되, 상기 무단 변속기의 변속비를 제어하는 유압 실린더, 상기 유압 실린더에 유체를 공급하는 유압펌프, 유압펌프를 구동시키는 모터(motor) 및 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 전자유압작동부;를 포함하고,
    상기 전자유압작동부는, 상기 출력 속도가 제 1 설정값보다 작으면 상기 유압 실린더에 유체를 공급하여 상기 유압 실린더의 내부 압력이 높아져 상기 유압 실린더를 확장시키고, 상기 출력속도가 제 2 설정값보다 크면 상기 유압 실린더로부터 유체를 배출하여 상기 유압 실린더의 내부 압력이 낮아져 상기 유압 실린더를 수축시키고, 상기 유압 실린더의 움직임에 따라 드라이빙 원추형 풀리의 이동 가능한 이동 디스크와 위치가 고정된 고정디스크의 간격을 조절하고, 간격 조절 결과에 따라서 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경을 변화시키어 상기 발전기의 출력 속도를 상기 제 1 설정값 및 상기 제 2 설정값 사이에서 유지시키는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무단변속기는,
    외부로부터 회전력을 전달받는 제 1샤프트;
    상기 제 1샤프트의 일단에 장착되어 상기 제 1 샤프트를 중심축으로 하여 회전 가능한 제 1드라이빙 원추형 풀리(pulley);
    상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 연결되어 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 동일한 방향으로 회전하는 제 2드라이빙 원추형 풀리;
    상기 제 1드라이빙 원추형 풀리와 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리를 감싼 채로 연결하고 있는 벨트; 및
    일단이 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리의 중심에 장착되고, 타단은 상기 발전기에 장착된 제 2샤프트; 를 포함하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무단변속기는,
    상기 제 1샤프트가 전달받은 상기 회전력을 상기 벨트를 이용하여 상기 제 1 드라이빙 원추형 풀리에서 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리로 전달하고, 이어서 상기 제 2드라이빙 원추형 풀리의 중심에 장착된 상기 제 2샤프트를 통해 상기 발전기로 전달하는 것을 특징으로 하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무단 변속기의 변속비는,
    상기 유압 실린더가 상기 유압으로 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 이동 가능한 이동 디스크와 위치가 고정된 고정디스크의 간격을 조절하여 상기 제 1드라이빙 원추형 풀리의 직경을 변화시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기.
  6. 무단변속기를 이용하여 발전기 속도를 제어하는 고효율 파력발전기에 의해 수행되는 파력발전기의 제어방법에 있어서,
    (a) 발전기의 출력 속도를 수집하는 단계;
    (b) 상기 발전기의 출력 속도를 미리 설정된 제1, 제 2 설정값과 비교하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 결과에 따라서 유압 실린더를 구동시키되, 상기 출력 속도가 제 1 설정값보다 작으면 상기 유압 실린더에 유체를 공급하여 상기 유압 실린더의 내부 압력이 높아져 상기 유압 실린더를 확장시키고, 상기 출력속도가 제 2 설정값보다 크면 상기 유압 실린더로부터 유체를 배출하여 상기 유압 실린더의 내부 압력이 낮아져 상기 유압 실린더를 수축시키는 단계;
    (d) 상기 유압 실린더의 움직임에 따라 드라이빙 원추형 풀리의 이동 가능한 이동 디스크와 위치가 고정된 고정디스크의 간격을 조절하는 단계; 및
    (e) 상기 (d) 단계의 결과에 따라서 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경을 변화시키어 상기 발전기의 출력 속도를 상기 제 1 설정값 및 상기 제 2 설정값 사이에서 유지시키는 단계;를 포함하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 유압 실린더는, 제어부로부터 제어신호를 수신한 모터가 유압펌프를 구동시키면, 상기 유압펌프에 의한 유체의 공급 및 배출을 통해 구동되는 것을 특징으로 하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유압 실린더가 확장하면, 상기 유압 실린더의 피스톤이 상기 이동디스크를 상기 고정디스크로 밀어내면서 상기 이동디스크와 상기 고정디스크의 간격이 좁아짐에 따라 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경이 증가하고,
    상기 유압 실린더가 수축하면, 상기 유압 실린더의 피스톤이 상기 이동디스크를 당기면서 상기 이동디스크와 상기 고정디스크의 간격이 넓어짐에 따라 상기 드라이빙 원추형 풀리의 직경이 감소하는 것을 특징으로 하는 무단변속기를 이용한 고효율 파력발전기의 제어방법.
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